特表 2024-514690 電力変換器の制御方法、変換器装置およびコンピュータプログラム製品

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-04-02

(54)【発明の名称】電力変換器の制御方法、変換器装置およびコンピュータプログラム製品

(51)【国際特許分類】

   H02M 7/48 20070101AFI20240326BHJP

【ＦＩ】

H02M7/48 E

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023564214

(86)(22)【出願日】2021-04-20

(85)【翻訳文提出日】2023-12-04

(86)【国際出願番号】 IT2021000020

(87)【国際公開番号】W WO2022224280

(87)【国際公開日】2022-10-27

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】523380173

【氏名又は名称】ヒタチ・エナジー・リミテッド

【氏名又は名称原語表記】ＨＩＴＡＣＨＩ ＥＮＥＲＧＹ ＬＴＤ

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】ロジーニ，アレッサンドロ

(72)【発明者】

【氏名】タッキー，アンドリュー

(72)【発明者】

【氏名】ボンフィリョ，アンドレーア

【テーマコード（参考）】

5H770

【Ｆターム（参考）】

5H770BA01

5H770BA11

5H770CA03

5H770CA05

5H770CA06

5H770DA03

5H770DA10

5H770GA19

5H770LA05Y

(57)【要約】

電力変換器（１１）を制御する方法は、周波数制御誤差（Ｆｅｒｒ）、有効電力目標（ＰＳｅｔ）、位相角目標（Φ）、電圧制御誤差（Ｖｅｒｒ）、無効電力目標（Ｅｘｃ）、および出力電圧目標（Ｖｄ＊）を決定するステップと、出力電圧目標（Ｖｄ＊）および位相角目標（Φ）に基づいて電力変換器（１１）を制御するステップとを含む。本方法は、障害を示す障害信号（ＳＦ）が検出された場合に周波数制御誤差（Ｆｅｒｒ）とは無関係に、そうでない場合は少なくとも周波数制御誤差（Ｆｅｒｒ）に応じて有効電力目標（ＰＳｅｔ）を決定するステップと、それぞれの障害信号（ＳＦ）の場合に有効電力目標（ＰＳｅｔ）とは無関係に、そうでない場合は少なくとも有効電力目標（ＰＳｅｔ）に応じて位相角目標（Φ）を決定するステップと、それぞれの障害信号（ＳＦ）の場合に電圧制御誤差（Ｖｅｒｒ）とは無関係に、そうでない場合は少なくとも電圧制御誤差（Ｖｅｒｒ）に応じて無効電力目標（Ｅｘｃ）を決定するステップと、それぞれの障害信号（ＳＦ）の場合に無効電力目標（Ｅｘｃ）とは無関係に、そうでない場合は少なくとも無効電力目標（Ｅｘｃ）に応じて出力電圧目標（Ｖｄ＊）を決定するステップと、のうちの少なくとも１つを含む。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

電力変換器（１１）を制御する方法であって、
－少なくとも設定点周波数（ＦＳｅｔ）および実周波数（Ｆ＿ａｃｔ）に応じて周波数制御誤差（Ｆｅｒｒ）を決定するステップと、
－有効電力目標（ＰＳｅｔ）を決定するステップと、
－位相角目標（Φ）を決定するステップと、
－少なくとも設定点電圧（ＶＳｅｔ）および実電圧（Ｖ＿ａｃｔ）に応じて電圧制御誤差（Ｖｅｒｒ）を決定するステップと、
－無効電力目標（Ｅｘｃ）を決定するステップと、
－出力電圧目標（Ｖｄ＊）を決定するステップと、
－前記出力電圧目標（Ｖｄ＊）および前記位相角目標（Φ）に基づいて前記電力変換器（１１）を制御するステップと、を含み、
前記方法は、
－障害を示す障害信号（ＳＦ）が検出された場合には前記周波数制御誤差（Ｆｅｒｒ）とは無関係に前記有効電力目標（ＰＳｅｔ）を決定し、そうでない場合には少なくとも前記周波数制御誤差（Ｆｅｒｒ）に応じて前記有効電力目標（ＰＳｅｔ）を決定するステップと、
障害を示す障害信号（ＳＦ）が検出された場合には前記有効電力目標（ＰＳｅｔ）とは無関係に前記位相角目標（Φ）を決定し、そうでない場合には少なくとも前記有効電力目標（ＰＳｅｔ）に応じて前記位相角目標（Φ）を決定するステップと、
－障害を示す障害信号（ＳＦ）が検出された場合には電圧制御誤差（Ｖｅｒｒ）とは無関係に前記無効電力目標（Ｅｘｃ）を決定し、そうでない場合には少なくとも電圧制御誤差（Ｖｅｒｒ）に応じて前記無効電力目標（Ｅｘｃ）を決定するステップと、
－障害を示す障害信号（ＳＦ）が検出された場合には前記無効電力目標（Ｅｘｃ）とは無関係に前記出力電圧目標（Ｖｄ＊）を決定し、そうでない場合には少なくとも前記無効電力目標（Ｅｘｃ）に応じて前記出力電圧目標（Ｖｄ＊）を決定するステップと、のうちの少なくとも１つを含む、方法。

【請求項2】

障害を示す前記障害信号（ＳＦ）が検出された場合、前記電力変換器（１１）の実有効電力（Ｐ＿ａｃｔ）および実無効電力（Ｑ＿ａｃｔ）の少なくとも一方の初期化値を決定するステップを含む、
請求項１に記載の方法。

【請求項3】

データを所定の周期でメモリ（１６）に連続的に記憶するステップを含み、
前記データは、前記実有効電力（Ｐ＿ａｃｔ）および前記実無効電力（Ｑ＿ａｃｔ）の少なくとも一方を含み、
前記初期化値を決定するステップは、前記メモリ（１６）に記憶された前記データの中から前記初期化値を選択するステップを含む、
請求項２に記載の方法。

【請求項4】

－前記障害がもはや検出されないと決定するステップと、
－前記実有効電力（Ｐ＿ａｃｔ）の初期化値を使用して前記有効電力目標（ＰＳｅｔ）を決定するステップ、および／または前記実無効電力（Ｑ＿ａｃｔ）の前記初期化値を使用して前記無効電力目標（Ｅｘｃ）を決定するステップと、
を含む、
請求項２または３に記載の方法。

【請求項5】

前記障害がもはや検出されないことを検出した後、前記実有効電力（Ｐ＿ａｃｔ）の前記初期化値を使用して前記有効電力目標（ＰＳｅｔ）を決定するステップ、および／または前記実無効電力（Ｑ＿ａｃｔ）の前記初期化値を使用して前記無効電力目標（Ｅｘｃ）を決定するステップの前に所定時間待機するステップを含む、
請求項４に記載の方法。

【請求項6】

同期発電機を模倣するように構成される、
請求項１～５のいずれか１項に記載の方法。

【請求項7】

障害を示す障害信号（ＳＦ）が検出されない場合、少なくとも前記有効電力目標（ＰＳｅｔ）に応じて前記位相角目標（Φ）を決定するステップは、
－少なくとも前記有効電力目標（ＰＳｅｔ）および実有効電力（Ｐ＿ａｃｔ）に応じて有効電力誤差（Ｐｅｒｒ）を決定するステップと、
－少なくとも前記有効電力誤差（Ｐｅｒｒ）に応じて前記位相角目標（Φ）を決定するステップと、を含む、
請求項１～６のいずれか１項に記載の方法。

【請求項8】

障害を示す前記障害信号（ＳＦ）が検出された場合、前記有効電力目標（ＰＳｅｔ）とは無関係に前記位相角目標（Φ）を決定するステップは、目標周波数（ｆ）を一定にするステップを含む、
請求項１～７のいずれか１項に記載の方法。

【請求項9】

障害を示す障害信号（ＳＦ）が検出されない場合、少なくとも前記無効電力目標（Ｅｘｃ）に応じて前記出力電圧目標（Ｖｄ＊）を決定するステップは、
－少なくとも前記無効電力目標（Ｅｘｃ）および実無効電力（Ｑ＿ａｃｔ）に応じて無効電力誤差（Ｑｅｒｒ）を決定するステップと、
－少なくとも前記無効電力誤差（Ｑｅｒｒ）に応じて前記出力電圧目標（Ｖｄ＊）を決定するステップと、を含む、
請求項１～８のいずれか１項に記載の方法。

【請求項10】

障害を示す障害信号（ＳＦ）が検出された場合、前記無効電力目標（Ｅｘｃ）とは無関係に前記出力電圧目標（Ｖｄ＊）を決定するステップは、前記出力電圧目標（Ｖｄ＊）を一定に保つステップを含む、
請求項１～９のいずれか１項に記載の方法。

【請求項11】

変換器装置（１０）であって、
－制御装置（１２）と、
－電圧制御電圧源変換器として実現される電力変換器（１１）と、を備え、
前記制御装置（１２）は、請求項１～１０のいずれか１項に記載の前記電力変換器（１１）を制御する方法を実行するように構成されている、変換器装置（１０）。

【請求項12】

請求項１１に記載の前記制御装置（１２）に、請求項１～１０のいずれか１項に記載の前記電力変換器（１１）を制御する前記方法を実行させるための命令を含むコンピュータプログラム製品。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

技術分野
本開示は、電力変換器の制御方法、変換器装置、およびコンピュータプログラム製品に関する。

【背景技術】

【0002】

背景技術
電力変換器は、電力変換器の第１の側から電力変換器の第２の側に、一例では第２の側から第１の側にも電力を変換する。電力が第１の側から第２の側に変換され、第２の側から第１の側に変換されるこの能力は、双方向性であると呼ばれる。電力変換器の第１の側は、例えば再生可能エネルギー源またはバッテリまたは他のエネルギー貯蔵デバイスに結合される。第２の側は、例えばグリッドに結合される。

【0003】

典型的には、電力変換器は単相または多相電圧源変換器（略してＶＳＣ）である。ＶＳＣは、交流電流が一次制御変数である電流制御（電流制御ＶＳＣの場合は略してＣＣ－ＶＳＣ）または交流電圧が一次制御変数である電圧制御（電圧制御ＶＳＣの場合は略してＶＣ－ＶＳＣ）のいずれかであり得る。一次制御変数が交流電流と交流電圧との組み合わせであるハイブリッド制御ＶＳＣも存在する。

【0004】

同期発電機（ＳＧと略す）は、電力システムにおける主要な発電デバイスである。それは、原動機および同期機の２つの部分を備える。原動機は、蒸気または天然ガスなどの何らかの形態のエネルギーを回転エネルギーに変換するエネルギー変換デバイスである。同期機は、回転エネルギーを交流電気エネルギーに変換する。

【0005】

電力グリッドは、より多くの再生可能エネルギー源（略してＲＥＳ）、例えば太陽光発電装置、および蓄電システムがグリッドに統合されることによって、より非中央集権化されつつある。これらのＲＥＳまたは貯蔵システムは、エネルギー源または貯蔵システムとグリッドとの間の電力またはエネルギー伝達のためのインターフェースを提供するために電力変換器を使用する。再生可能エネルギーおよび非同期機械インターフェースエネルギー源の割合が増加するにつれて、従来の同期発電機から供給される発電の割合が減少し、これはグリッド強度および剛性の全体的な低下をもたらす。

【0006】

ＳＧは、障害（グリッド、マイクログリッド、および／または接続機器の障害）中に部分的または完全な同期解除を示すことができ、部分的な同期解除は、ＳＧを再同期させて定常状態に戻すために障害後に必要とされる電力が大きくなる可能性がある。完全な同期解除は、ＳＧのロータが１つまたは複数の極対をスリップさせ、その元のインデックス位置から１つまたは複数の３６０度電気的に再インデックスする「極スリップ」をもたらすことができる。これにより、発電機と電力システムの両方に大電流が流れる可能性があり、発電機がトリップするか、または電力システム内の保護デバイスがトリップする可能性がある。

【0007】

ＶＣ－ＶＳＣの１つの使用は、交流電気網またはグリッドを作成することである。エネルギーは、バッテリ、フライホイールもしくはスーパーキャパシタなどのエネルギー貯蔵システムもしくはデバイス、または発電機もしくは太陽光発電装置などのエネルギー生成デバイス、またはさらには別のグリッドからもたらされ得る。双方向ＶＣ－ＶＳＣは、負荷（グリッドからのエネルギーを消費する）または発電機（グリッドにエネルギーを生成する）として使用することができる。エネルギーを生成および消費するこの能力は、ＶＳＣがグリッドを生成し、グリッド上の唯一のグリッド形成デバイス、すなわちスタンドアロンとして実行することができるか、または他のデバイスによって形成されたグリッドの周波数または電圧を安定させるために使用することができることを意味する。

【0008】

一例では、ＶＣ－ＶＳＣは、例えば、ＶＳＣのスタンドアロンおよび並列動作、同期発電機などの他のソースとの並列動作、およびグリッドとの並列動作を可能にするために、それらが同期発電機のように見えるかまたはそれを模倣することを可能にする制御システムで実装される。このように動作するＶＳＣは、仮想同期発電機（略してＶＳＧ）と呼ぶことができる。

【0009】

論文「Ｐｒａｃｔｉｃａｌ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ａ ｃｏｍｐｌｅｔｅ ｖｉｒｔｕａｌ ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ ｃｏｎｔｒｏｌ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｍｉｃｒｏｇｒｉｄ ａｎｄ ｇｒｉｄ－ｅｄｇｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ」Ａ．ＴｕｃｋｅｙおよびＳ．Ｒｏｕｎｄ、第１９回ＩＥＥＥ 電力エレクトロニクスの制御およびモデリングに関するワークショップ、イタリア、２０１８年６月２５日～２８日は、ＶＳＧを説明している。

【0010】

ＶＳＧは、ＳＧと同様に、部分的および完全な同期解除を経験することができる。一例では、障害中に、機能の特性をリアルタイムで適応的に変更することによって、すなわち、慣性定数Ｈ、ゲインＫｐおよびＫｉ、ならびに周波数調整器機能の最大限界および最小限界などのパラメータを調整することによって、応答を改善することができる。

【0011】

文献欧州特許第３３７６６２７号明細書は、電力変換器を制御するための方法および制御システムについて言及している。

【0012】

しかしながら、慣性定数および調速機の利得および制限を調整すると応答が改善されるが、障害中および障害後の優れた障害応答を有する、完全に機能する実用的なＶＳＧを作成するには不十分である。他の制御変動が必要とされる。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0013】

発明の開示
本発明の目的は、改善されたエネルギー伝達および電力変換器制御を提供することであり得る。

【課題を解決するための手段】

【0014】

この目的は、請求項１の特徴による電力変換器を制御する方法によって解決される。
本発明のさらなる実施形態は、電力変換器を制御するための変換器装置およびコンピュータプログラム製品に関する。

【0015】

一実施形態によれば、電力変換器を制御する方法は、
－少なくとも設定点周波数および実周波数に応じて周波数制御誤差を決定するステップと、
－有効電力目標を決定するステップと、
－少なくとも有効電力目標に応じて位相角目標を決定するステップと、
－少なくとも設定点電圧および実電圧に応じて電圧制御誤差を決定するステップと、
－無効電力目標を決定するステップと、
－少なくとも無効電力目標に応じて出力電圧目標を決定するステップと、
－出力電圧目標および位相角目標に基づいて電力変換器を制御するステップと、を含む。

【0016】

さらに、本方法は、
－障害を示す障害信号が検出された場合には周波数制御誤差とは無関係に有効電力目標を決定し、そうでない場合には少なくとも周波数制御誤差に応じて有効電力目標を決定するステップと、
－障害を示す障害信号が検出された場合には有効電力目標とは無関係に位相角目標を決定し、そうでない場合には少なくとも有効電力目標に応じて位相角目標を決定するステップと、
－障害を示す障害信号が検出された場合には電圧制御誤差とは無関係に無効電力目標を決定し、そうでない場合には少なくとも電圧制御誤差に応じて無効電力目標を決定するステップと、
－障害を示す障害信号が検出された場合には無効電力目標とは無関係に出力電圧目標を決定し、そうでない場合には少なくとも無効電力目標に応じて出力電圧目標を決定するステップと、のうちの少なくとも１つを含む。

【0017】

有利には、障害を示す障害信号が検出された場合、有効電力目標、位相角目標、無効電力目標、および出力電圧目標のうちの少なくとも１つは、障害を示す障害信号が検出されない場合のようにもはや決定されない。障害を示す障害信号が検出された場合、これらの値の少なくとも１つは、例えば、一定に保たれるか、または電力変換器のエネルギー伝達および制御を改善するために別の方法で決定される。

【0018】

一実施形態によれば、本方法は、障害を示す障害信号が検出された場合、電力変換器の実有効電力および実無効電力の少なくとも一方の初期化値を決定するステップを含む。

【0019】

一実施形態によれば、本方法は、データを所定の周期でメモリに連続的に記憶するステップを含む。データは、実有効電力および実無効電力の少なくとも一方を含む。初期化値を決定するステップは、メモリに記憶されたデータの中から初期化値を選択するステップを含む。

【0020】

一実施形態によれば、本方法は、障害がもはや検出されないと決定し、実有効電力の初期化値を使用して有効電力目標を決定するステップ、および／または実無効電力の初期化値を使用して無効電力目標を決定するステップを含む。

【0021】

一実施形態によれば、本方法は、障害がもはや検出されないことを検出した後、実有効電力の初期化値を使用して有効電力目標を決定する前に、および／または実無効電力の初期化値を使用して無効電力目標を決定する前に、所定時間待機するステップを含む。

【0022】

一実施形態によれば、本方法は、同期発電機を模倣するように構成される。
一実施形態によれば、障害を示す障害信号が検出されない場合、少なくとも有効電力目標に応じて位相角目標を決定するステップは、少なくとも有効電力目標および実有効電力に応じて有効電力誤差を決定するステップと、少なくとも有効電力誤差に応じて位相角目標を決定するステップとを含む。

【0023】

一実施形態によれば、障害を示す障害信号が検出された場合、有効電力目標とは無関係に位相角目標を決定するステップは、目標周波数を作成するかまたは一定に保つステップを含む。

【0024】

一実施形態によれば、障害を示す障害信号が検出されない場合、少なくとも無効電力目標に応じて出力電圧目標を決定するステップは、少なくとも無効電力目標および実無効電力に応じて無効電力誤差を決定するステップと、少なくとも無効電力誤差に応じて出力電圧目標を決定するステップとを含む。

【0025】

一実施形態によれば、障害を示す障害信号が検出された場合、無効電力目標とは無関係に出力電圧目標を決定するステップは、出力電圧目標を一定に保つステップを含む。

【0026】

以下の開示の文脈では、機能という用語は、例えばプログラムコード行、機能ブロック、機能サブルーチンおよび／または手順などの実行可能プログラムコードに基づく１つまたは複数の機能のセットまたはグループを指す。機能という用語は、方法の理解を容易にするために使用される。本方法の可能な実現では、異なる機能を１つの機能に組み合わせることができる。

【0027】

さらなる実施形態によれば、周波数制御誤差を決定し、有効電力目標を決定するステップは、周波数調整器機能によって実行される。内部周波数および位相角目標を決定するステップは、慣性機能によって実行される。電圧制御誤差を決定するステップおよび無効電力目標を決定するステップは、自動電圧調整機能によって実行される。出力電圧目標を決定するステップは、ロータ磁束機能によって実行される。出力電圧目標および位相角目標に基づいて電力変換器を制御するステップは、変換機能によって実行される。任意選択的に、これらの機能は組み合わされる。機能は、プログラムコードの別個のブロックに、またはプログラムコードの結合ブロックに、またはプログラムコードの１つのブロックに書き込むことができる。

【0028】

一例では、定常状態で動作する場合、周波数設定点値および電圧設定点値は一定の値になる。また、周波数制御誤差は０になり、有効電力目標は実有効電力に等しくなり、電圧制御誤差は０になり、無効電力目標は実無効電力に等しくなる。

【0029】

一例では、障害中、実有効電力および実無効電力は定常状態の値から変化し得る。実電圧および実周波数はまた、定常状態の値から変化し得る。実有効電力、実無効電力、実電圧、および実周波数のこれらの変動は、障害中のＶＳＧの同期解除に寄与する。

【0030】

さらに、さらなる実施形態では、本方法は、例えば、障害を示す障害信号が検出されると、周波数調整器機能、自動電圧調整器機能、ロータ磁束機能、および慣性機能のうちの少なくとも１つの機能の実行が保留される。周波数調整器機能、自動電圧調整器機能、またはロータ磁束機能の保留は、アルゴリズムまたは機能の実行が保留され、出力が固定、ロック、一定のまま、およびフリーズのうちの１つであることを意味する。慣性機能の場合、保留は、アルゴリズムまたは機能の実行が保留され、周波数が固定、ロック、一定のまま、およびフリーズのうちの１つであり、角度が進行し続けることを意味する。

【0031】

さらなる実施形態では、一定出力は、障害が発生した時点で取られた値であってもよく、または他の何らかの値であってもよい。

【0032】

さらなる実施形態によれば、有利には、周波数調整器機能、自動電圧調整器機能、慣性周波数機能、およびロータ磁束機能のうちの少なくとも１つの機能が保留され、それぞれの出力は、障害信号が障害がないことを示す後まで一定に保持される。したがって、下流の機能または変換の入力値であるこの機能の出力値は一定である。したがって、下流の機能または変換は、障害の場合にも高い信頼性および／または予測可能性で動作することができる。

【0033】

さらなる実施形態によれば、機能のうちの１つの実行のみが保留される。他の機能は、障害信号の値とは無関係に動作する。

【0034】

さらなる実施形態によれば、２つの機能の実行が保留される。他の機能は、障害信号の値とは無関係に動作する。

【0035】

さらなる実施形態によれば、３つの機能の実行が保留される。他の機能は、障害信号の値とは無関係に動作する。

【0036】

さらなる実施形態によれば、４つの機能のすべての実行が保留される。
さらなる実施形態では、本方法は、特にグリッドに接続されているときにオンラインで実行され、および／またはリアルタイムで実行される。

【0037】

一実施形態によれば、変換器装置は、制御装置と、電圧制御電圧源変換器として実現される電力変換器とを備える。制御装置は、本開示に記載の方法を実行するように構成される。一例では、電力変換器は、グリッドおよびエネルギー源／負荷装置に接続されるように構成される。

【0038】

一実施形態によれば、コンピュータプログラム製品は、電力変換器を制御する方法を制御装置に実行させるための命令を含む。

【0039】

上述の電力変換器の制御方法およびコンピュータプログラム製品は、例えば、変換器装置に適している。したがって、変換器装置およびコンピュータプログラム製品に関連して説明した特徴および利点を本方法に使用することができ、その逆も可能である。

【0040】

一例では、障害は、グリッド、変換器をグリッドに接続する機器、例えば結合線もしくは回路遮断器もしくは変圧器、または電力変換器自体の意図しないもしくは偶発的な短絡または部分的な短絡である。３相交流システムには、例えば、（１）３相低インピーダンス短絡、（２）相間低インピーダンス短絡、（３）相対接地低インピーダンス短絡、（４）相間対接地低インピーダンス短絡、（５）３相高インピーダンス短絡、（６）相間高インピーダンス短絡、（７）相対接地高インピーダンス短絡、（８）相間対接地高インピーダンス短絡の８つの異なるタイプの短絡がある。１相交流システムには、例えば、（１）相対接地低インピーダンス短絡、（２）相対接地高インピーダンス短絡の２つの異なるタイプの短絡がある。中性点は、状況によっては、直接またはインピーダンスを介して接地に接続されるため、地絡障害は、対中性点障害と同義である。多くの現象が障害を引き起こす可能性がある。例は、異なる相のケーブルが誤って互いに接触している場合、動物が相間あるいは１つの相または複数の相と接地との間、あるいは１つの相または複数の相と中性点との間に導電経路を形成する場合、絶縁体が故障した場合、変圧器または回路遮断器または他の機器の発火時、障害を引き起こすアークを発生させる落雷など多数ある。

【0041】

一例では、変換器の定格を超える負荷である過負荷は、通常、過剰な変換器電流を引き起こす。わずかな過負荷では変換器の出力電圧が過度に低下することはないが、深刻な過負荷では低下する。障害、特に低インピーダンス障害は、深刻な過負荷、すなわち過剰な変換器電流および出力電圧の低下と同様の影響を変換器に及ぼす。一例では、障害を検出する方法は、変換器電流が過剰であり、変換器出力電圧が低下しているかどうかを判定することであり得る。別の例では、回路遮断器または障害リレーを使用して、障害を検出することができる。さらなる例では、上流のデバイスを使用して障害を検出することができる。例示的な方法の１つまたは別の方法を使用して障害が検出されると、障害変数または障害信号のステータスを変更することができる。したがって、障害信号は、障害を示すか、または障害がないことを示すように構成される。

【0042】

一例では、「別のパラメータに応じてパラメータを決定する」という用語は、制御装置が、例えば、制御ループ、ルックアップテーブル、ファジー論理、モデル、およびオブザーバ、または決定プロセスを実行するハードウェア、ソフトウェア、またはハードウェア／ソフトウェアの組み合わせで実現される別のアイテムのうちの少なくとも１つを含むことを意味する。単語は、パラメータが任意選択的にさらなるパラメータにも依存し得るという意味を有する。

【0043】

一例では、実周波数、実電圧、実有効電力、および実無効電力は、電力変換器の値である。

【0044】

一例では、実周波数、実電圧、実有効電力、および実無効電力は、例えば電力変換器の内部または電力変換器の端子または他の場所で測定または検出される。例えば、これらの値のうちの２つ以上の１つは、電力変換器の第２の側の端子で測定または検出される。第２の側は、例えばグリッドに接続される。

【0045】

一例では、電力変換器を制御する方法および制御装置は、グリッド擾乱中の電力変換器応答を改善するように構成される。制御装置は、制御システムと呼ぶことができる。

【0046】

本開示は、変換器装置および電力変換器を制御する方法のいくつかの態様を含む。それぞれの特徴が特定の態様の文脈で明示的に言及されていなくても、態様の１つに関して説明されたすべての特徴は、他の態様に関しても本明細書に開示される。

【0047】

図面の簡単な説明
添付の図面は、さらなる理解を提供するために含まれる。図では、同じ構造および／または機能の要素は、同じ参照符号で参照され得る。図に示される実施形態は例示的な表現であり、必ずしも一定の縮尺で描かれていないことを理解されたい。

【図面の簡単な説明】

【0048】

【図1】異なる実施形態による変換器装置の概略図である。

【図2】異なる実施形態による変換器装置の概略図である。

【図3A】異なる実施形態による電力変換器を制御する方法の概略図である。

【図3B】異なる実施形態による電力変換器を制御する方法の概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0049】

発明を実施するための最良の形態
図１は、一実施形態による変換器装置１０の概略図である。変換器装置１０は、制御装置１２と電力変換器１１とを備える。電力変換器１１は、電圧制御電圧源変換器として実現される。電力変換器１１は、グリッド１３およびエネルギー源／負荷装置１４に接続されるように構成される。源／負荷装置１４は、例えば再生可能エネルギー供給源（ＲＥＳと略す）またはエネルギー貯蔵デバイスまたは別のグリッドのうちの１つとして実現される。制御装置１２は、電力変換器１１を制御する方法を実行するように構成される。制御装置１２は、コンピュータ、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、およびＦＰＧＡと略されるフィールドプログラマブルゲートアレイのうちの少なくとも１つを含む。制御装置１２は、メモリ１６と、任意選択的に初期化値メモリ１５とを備える。

【0050】

コンピュータプログラム製品１７は、電力変換器１１を制御する方法を制御装置１２に実行させるための命令を含む。

【0051】

一例では、本方法は、少なくとも以下の実行可能機能、すなわち、周波数調整器機能２１、慣性機能２２、自動電圧調整器機能２３、およびロータ磁束機能２４を含む。本方法は、同期発電機を模倣する。周波数調整器機能２１、慣性機能２２、自動電圧調整器機能２３およびロータ磁束機能２４は、同期発電機を模倣する。本方法は、例えば変換機能２５などのさらなる機能を有することができる。制御装置１２は、例えばコンピュータプログラム製品１７を使用して、周波数調整器機能２１、慣性機能２２、自動電圧調整器機能２３、ロータ磁束機能２４および変換機能２５を実現する。機能は、モジュールまたはブロックと呼ぶこともできる。典型的には、機能はソフトウェアおよび／またはハードウェアによって実現される。

【0052】

同期発電機とＶＳＧの両方が示す一態様は、障害（グリッドまたはマイクログリッドの障害）中の部分的または完全な同期解除である。部分的な同期解除は、同期発電機またはＶＳＧを再同期させて定常状態に戻すために障害後に必要とされる電力（再同期電力または再同期トルクと呼ばれる）が大きくなる。ユーティリティ調整器および規格は、例えば、１００ｍｓ以内に障害前の値の９５％を必要とするこの再同期電力を制限する。完全な同期解除は、同期発電機のロータが１つまたは複数の極対をスリップさせ、その元のインデックス位置から１つまたは複数の３６０度電気的に再インデックスする「極スリップ」をもたらす。これにより、発電機と電力システムの両方に大電流が流れ、発電機がトリップするか、または電力システム内の保護デバイスがトリップする可能性がある。

【0053】

ＶＳＧは、同期発電機と同様に、部分的および完全な同期解除を経験することができる。電力変換器１１は、ＶＳＧとして動作する。障害中のＶＳＧ動作は、図２、図３Ａ、および図３Ｂで説明するように実現することができる。

【0054】

図２は、図１に示す実施形態のさらなる発展形態である実施形態による変換器装置１０の概略図である。本開示では、「磁束」および「逆起電力」という用語は、ＶＳＧにおいて同様であるため、交換可能に使用することができる。「保留」、「フリーズ」および「ロック」の使用は交換されるが、異なるものを指すことができる。仮想慣性周波数ｆはフリーズまたはロックすることができるが（例えば、仮想慣性周波数ｆは同じままである）、周波数調整器機能２１の動作は保留またはロックされ、これは非アクティブのままであることを意味する。

【0055】

大まかに言えば、電力変換器１１を制御する方法は、５つの制御構成要素、すなわちＳＧロータ磁束モデル、自動電圧調整器（ＡＶＲと略す）、慣性および速度／周波数調整器のうちの４つの動作をロックまたはフリーズまたは保留するように構成される。したがって、周波数調整器機能２１、慣性機能２２、自動電圧調整器機能２３、およびロータ磁束機能２４のうちの少なくとも１つは、保留、ロック、またはフリーズされる。変換機能２５（第５の制御構成要素である）は、フリーズまたはロックまたは保留されない。有利には、本方法は、ＶＳＧの障害中に部分的な完全同期解除を低減または回避または停止する。

【0056】

本方法は、障害の検出時またはその少し前に、ＶＳＧの実有効電力Ｐ＿ａｃｔおよび実無効電力Ｑ＿ａｃｔのスナップショットを取得する。実有効電力Ｐ＿ａｃｔは、出力有効電力または有効電力と呼ぶことができる。実無効電力Ｑ＿ａｃｔは、出力無効電力または無効電力と呼ぶことができる。障害停止時には、これらの実有効電力Ｐ＿ａｃｔおよび実無効電力Ｑ＿ａｃｔの値（記憶されており、もはや「実際の」値ではなく、障害前の値である）が初期化値として用いられる。また、ロータ磁束および仮想慣性周波数ｆの値は、ロックまたはフリーズされるか、またはロックまたはフリーズに近く、および／またはそれらのパラメータは、障害の検出時またはそのわずか前に調整される。さらに、周波数調整器機能２１およびＡＶＲ機能２３の動作は障害の検出時に停止され、それらの出力がロックまたはフリーズされることを意味する。上記を行うことは、障害中、磁束／逆起電力および仮想慣性がグリッドと同期したままであり、励磁および調整器電力が変化しないままであることを意味する。

【0057】

障害の停止時または停止直後に、磁束／逆起電力および慣性はフリーズ解除され、それらのパラメータは正常値に回復される（それらが変更された場合）。また、周波数調整器機能２１およびＡＶＲ機能２３は、それぞれ有効電力Ｐ＿ａｃｔおよび無効電力Ｑ＿ａｃｔのスナップショットで初期化され、それらの動作が再開される。これにより、再同期電力が小さくなり、短時間で故障前の定常状態に近い動作が得られる。障害がクリアされると、電力変換器１０は直ちに定常状態に戻るように構成される。したがって、実無効電力Ｑ＿ａｃｔの初期化値はＡＶＲ機能２３を初期化するために使用され、および／または実有効電力Ｐ＿ａｃｔの初期化値は周波数調整器機能２１を初期化するために使用される。

【0058】

制御装置１２の動作は、図３Ａおよび図３Ｂを使用して以下に説明される。
図３Ａは、図１および図２に示す実施形態のさらなる発展形態である実施形態による電力変換器１１を制御する方法の概略図である。

【0059】

電力変換器１１を制御する方法は、
－設定点周波数ＦＳｅｔおよび電力変換器１１の実周波数Ｆ＿ａｃｔに応じて周波数制御誤差Ｆｅｒｒを決定するステップ（プロセス７１）と、
－周波数調整器機能２１によって周波数制御誤差Ｆｅｒｒに応じて有効電力目標ＰＳｅｔを決定するステップ（プロセス７２）と、
－慣性機能２２によって有効電力目標ＰＳｅｔに応じて位相角目標Φを決定するステップ（プロセス７３）と、
－設定点電圧ＶＳｅｔおよび電力変換器１１によって提供される実電圧Ｖ＿ａｃｔに応じて電圧制御誤差Ｖｅｒｒを決定するステップ（プロセス７４）と、
－ＡＶＲ機能２３によって電圧制御誤差Ｖｅｒｒに応じて無効電力目標Ｅｘｃを決定するステップ（プロセス７５）と、
－ロータ磁束機能２４によって無効電力目標Ｅｘｃに応じて出力電圧目標Ｖｄ＊を決定するステップ（プロセス７６）と、
－出力電圧目標Ｖｄ＊および位相角目標Φに基づいて電力変換器１１を制御するステップ（プロセス７７）と、を含む。

【0060】

上述したプロセス７１から７７は、電力変換器１１の通常動作中に（障害のない時間に）実行される。通常動作中、電力変換器１０は定常状態にある。したがって、電圧制御誤差Ｖｅｒｒおよび周波数制御誤差Ｆｅｒｒは、障害前には０またはほぼ０である。

【0061】

さらに、本方法は、
－障害信号ＳＦが障害を示すように、障害検出後に障害信号ＳＦを変更するステップ（プロセス７８）と、
－周波数調整器機能２１および慣性機能２２、自動電圧調整器機能２３およびロータ磁束機能２４のうちの少なくとも１つの機能を、少なくとも１つの中断された機能がその出力において一定の値を提供するように保留するステップ（プロセス７９）と、を含む。

【0062】

プロセスのいくつかは、並行して行うことができる。例えば、プロセス７１から７３は、プロセス７４から７６と並列であってもよい。プロセス７９はプロセス７８の後に続く。

【0063】

障害の発生は、本方法またはプロセスを使用して検出される。障害信号ＳＦは、例えば、端子電圧が抑制された状態で電力変換器１１の電流制限に達するか、または上述の別の状態が検出された場合に、障害を示す（例えば、第１の論理値に設定される）。障害が検出されると、障害信号ＳＦは障害を示す（例えば、第１の論理値を取得する）。これにより、障害が検出された場合に、障害を示す障害信号ＳＦを検出することができる。言い換えれば、障害信号ＳＦが発出され、「高」または「真」または「アクティブ」または「上昇」値を示し、障害信号ＳＦは、制御方式全体にわたって使用される。

【0064】

「クリア」されているとして知られる、障害が停止した場合、障害信号ＳＦは障害がないことを示す（例えば、第２の論理値を取得する）。言い換えれば、障害信号ＳＦは弱められ、「低」または「非アクティブ」または「偽」値を示す。障害前有効電力および障害前無効電力の回復を改善するために、この方法では、例えば、クリアされる障害と弱められた障害信号ＳＦとの間に短い所定の遅延が導入される。障害信号ＳＦの第２の論理値は、障害が無いことを示す。

【0065】

これにより、プロセス７８では、障害が検出され、障害信号ＳＦが発出される。
プロセス７９では、障害信号ＳＦが障害を示している（障害信号ＳＦがアクティブである）間、周波数調整器機能２１の動作は保留され、周波数調整器機能２１の出力、すなわち有効電力目標ＰＳｅｔは一定値になる。したがって、フリーズは、積分器または他のコントローラタイプが巻き上がらないようにする。周波数調整器機能２１は、周波数コントローラ１１３（ＦＣｔｒｌ機能または調整器周波数コントローラとも呼ばれる）を含む。周波数コントローラ１１３は、例えば、Ｐ、ＰＩまたはＰＩＤコントローラである。Ｐコントローラは、Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ（比例コントローラ）の略称であり、ＰＩは、Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ－Ｉｎｔｅｇｒａｌ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ（比例積分コントローラ）の略称である。ＰＩＤは、Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ－Ｉｎｔｅｇｒａｌ－Ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ（比例積分微分コントローラ）の略称である。周波数コントローラ１１３は、障害信号ＳＦが適用されるフリーズ制御入力１０３を含む。障害を示す障害信号ＳＦが（フリーズ制御入力１０３を介して）周波数コントローラ１１３に適用される場合、周波数コントローラ１１３は、例えば周波数制御誤差Ｆｅｒｒとは無関係に、有効電力目標ＰＳｅｔに一定値を提供する。一定値は、障害信号ＳＦが障害を示すように障害信号ＳＦが変化する前の有効電力目標ＰＳｅｔの値である。

【0066】

障害信号ＳＦが変化し、現在障害がないことを示す場合、メモリ１６または初期化値メモリ１５から周波数コントローラ１１３に以前の実有効電力Ｐ＿ａｃｔの初期化値が適用される。このようにして、周波数調整器機能２１が以前に保留されている場合には、周波数調整器機能２１を初期化することができる。

【0067】

さらに、障害信号ＳＦが障害を示している間、ＡＶＲ機能２３の動作は保留され、ＡＶＲ機能２３の出力、すなわち無効電力目標Ｅｘｃは一定値になる。これにより、積分器または他のコントローラタイプが巻き上がらない。ＡＶＲ機能２３は、電圧コントローラ１１５（ＶＣｔｒｌ機能とも呼ばれる）を含む。電圧コントローラ１１５は、例えば、Ｐ、ＰＩまたはＰＩＤコントローラである。電圧コントローラ１１５は、障害信号ＳＦが適用されるフリーズ制御入力１０８を含む。障害を示す障害信号ＳＦが（フリーズ制御入力１０８を介して）電圧コントローラ１１５に適用される場合、電圧コントローラ１１５は、例えば電圧制御誤差Ｖｅｒｒとは無関係に、無効電力目標Ｅｘｃに一定値を提供する。一定値は、障害信号ＳＦが障害を示すように、障害信号ＳＦが変化する前の無効電力目標Ｅｘｃの値である。

【0068】

障害信号ＳＦが変化し、現在障害がないことを示す場合、メモリ１６または初期化値メモリ１５から電圧コントローラ１１５に以前の実無効電力Ｑ＿ａｃｔの初期化値が適用される。このようにして、ＡＶＲ機能２３が以前に中断されている場合には、ＡＶＲ機能２３を初期化することができる。

【0069】

図３Ｂは、図１、図２、および図３Ａに示す実施形態のさらなる発展形態である実施形態による電力変換器を制御する方法の概略図である。本方法は、電力変換器１１の実有効電力Ｐ＿ａｃｔおよび実無効電力Ｑ＿ａｃｔの少なくとも一方の初期化値を初期化値メモリ１５に記憶するステップ（プロセス８０）を含む。初期化値メモリ１５への値の記憶は、障害信号ＳＦが変化し、変化後に障害を示す場合、または障害信号ＳＦが障害を示すように設定された後もしくはその前に行われる。例えば、実有効電力Ｐ＿ａｃｔの初期化値は、Ｓ／Ｈメモリ１０２に記憶される。実無効電力Ｑ＿ａｃｔの初期化値は、Ｓ／Ｈメモリ１０７に記憶される。

【0070】

一例では、本方法は、所定の周期で電力変換器１１のデータをメモリ１６に記憶するステップを含む。電力変換器１１の実有効電力Ｐ＿ａｃｔおよび実無効電力Ｑ＿ａｃｔの少なくとも一方の初期化値を初期化値メモリ１５に記憶するステップは、メモリ１６に記憶されているデータの中から少なくとも一方の値を選択して初期化値メモリ１５に記憶するステップを含む。メモリ１６は、例えば循環バッファとして実装される。メモリ１６は、例えばデータロガーとして構成される。メモリ１６は、実有効電力Ｐ＿ａｃｔおよび実無効電力Ｑ＿ａｃｔの少なくとも一方のデータの履歴を記憶する。

【0071】

あるいは、電力変換器１１の実有効電力Ｐ＿ａｃｔおよび実無効電力Ｑ＿ａｃｔの少なくとも一方の初期化値をメモリ１６から直接取り込む。この場合、初期化値メモリ１５は省略可能である。

【0072】

障害信号ＳＦが障害を示すように障害信号ＳＦが変更されると、ＶＳＧによって供給されている実有効電力Ｐ＿ａｃｔおよび／または実無効電力Ｑ＿ａｃｔのスナップショットがメモリ１６および／または初期化値メモリ１５に記憶される。実有効電力Ｐ＿ａｃｔおよび／または実無効電力Ｑ＿ａｃｔは、電力変換器１１で測定される値である。初期化値メモリ１５は、例えば、サンプルホールドメモリ１０２（Ｓ／Ｈメモリと略す）およびさらなるＳ／Ｈメモリ１０７を含む。これは、Ｓ／Ｈメモリ１０２、１０７の立ち上がりエッジトリガによって示される。したがって、実有効電力Ｐ＿ａｃｔおよび／または実無効電力Ｑ＿ａｃｔは、例えば障害信号ＳＦの立ち上がりエッジで初期化値メモリ１５に記憶される。記憶される１つまたは複数の値は、適切な定常状態値が記憶されることを確実にするために、障害信号ＳＦのインスタンスにあっても、わずかに早くてもよい。これは、例えば、上述したメモリ１６の循環バッファによって達成される。

【0073】

制御装置１２は、周波数調整器機能２１、慣性機能２２、ＡＶＲ機能２３、およびロータ磁束機能２４が同期発電機を模倣するように構成されるように実装される。

【0074】

以下では、障害前の制御装置１２のプロセスが説明される。障害信号ＳＦが障害がないことを示す場合、慣性機能２２によって有効電力目標ＰＳｅｔに応じて位相角目標Φを決定するステップは、
－慣性機能２２によって有効電力目標ＰＳｅｔおよび実有効電力Ｐ＿ａｃｔに応じて有効電力誤差Ｐｅｒｒを決定するステップと、
－慣性機能２２によって有効電力誤差Ｐｅｒｒに応じて位相角目標Φを決定するステップと、を含む。

【0075】

有効電力目標ＰＳｅｔは、周波数調整器機能２１の出力に提供される。有効電力誤差Ｐｅｒｒは、有効電力目標ＰＳｅｔおよび実有効電力Ｐ＿ａｃｔを入力とする慣性機能２２の減算部４０によって生成される。位相角目標Φは、少なくとも目標周波数ｆに応じて慣性機能２２の積分器４１によって生成される。目標周波数ｆは、慣性機能２２の慣性コントローラ４２によって生成される。慣性コントローラ４２は、有効電力誤差Ｐｅｒｒを受信する。慣性コントローラ４２は、例えばＰＩコントローラとして実現される。慣性コントローラ４２は、例えば、順方向分岐におけるパラメータＫＨ／Ｓと、フィードバック分岐におけるパラメータＫｄとを含む。あるいは、慣性コントローラ４２は、例えばＰＩＤコントローラとして、または別の方法で実現される。

【0076】

周波数調整器機能２１において、設定点周波数ＦＳｅｔおよび実有効電力Ｐ＿ａｃｔは、周波数調整器機能２１の第１の減算ユニット４３に供給される。実有効電力Ｐ＿ａｃｔは、周波数調整器機能２１の周波数ドループ機能４４によって修正される。周波数誤差Ｆｅｒｒは、少なくとも実周波数Ｆ＿ａｃｔおよび第１の減算ユニット４３の出力に応じて、周波数調整器機能２１の第２の減算ユニット４５によって生成される。有効電力目標ＰＳｅｔは、少なくとも周波数制御誤差Ｆｅｒｒに応じて周波数コントローラ１１３によって生成される。

【0077】

ＡＶＲ機能２３において、設定点電圧ＶＳｅｔおよび実無効電力Ｑ＿ａｃｔは、ＡＶＲ機能２３の第１の減算ユニット４６に提供される。実無効電力Ｑ＿ａｃｔは、ＡＶＲ機能２３の電圧ドループ機能４７によって修正される。電圧制御誤差Ｖｅｒｒは、少なくとも実電圧Ｖ＿ａｃｔおよび第１の減算ユニット４６の出力に応じて、ＡＶＲ機能２３の第２の減算ユニット４８によって生成される。無効電力目標Ｅｘｃは、少なくとも電圧制御誤差Ｖｅｒｒに応じて、電圧コントローラ１１５によって生成される。

【0078】

障害信号ＳＦが障害がないことを示す場合、ロータ磁束機能２４によって少なくとも無効電力目標Ｅｘｃに応じて出力電圧目標Ｖｄ＊を決定するステップは、
－少なくとも無効電力目標Ｅｘｃおよび実無効電力Ｑ＿ａｃｔに応じて無効電力誤差Ｑｅｒｒを決定するステップと、
－少なくとも無効電力誤差Ｑｅｒｒに応じて出力電圧目標Ｖｄ＊を決定するステップと、を含む。

【0079】

無効電力誤差Ｑｅｒｒは、少なくとも無効電力目標Ｅｘｃおよび実無効電力Ｑ＿ａｃｔに応じて、ロータ磁束機能２４の減算ユニット４９によって提供される。ロータ磁束機能２４は、磁束モデルコントローラと呼ぶことができる磁束コントローラ５２を含む。磁束コントローラ５２は、例えば、パラメータＫψを有する積分器として、またはＰＩもしくはＰＩＤコントローラとして実現される。磁束コントローラ５２は、少なくとも無効電力誤差Ｑｅｒｒに応じて出力電圧目標Ｖｄ＊を生成する。

【0080】

変換機能２５は、第１および第２の変換５３、５４を含む。第１の変換５３は、位相角目標Φおよび電圧目標Ｖｄ＊（または電圧目標Ｖｄ＊から導出された量｜Ｅａ｜）を受け取り、ベクトル信号Ｅａを生成する。変換機能２５は、仮想インピーダンス５５を含む。変換機能２５の減算ユニット５６は、少なくとも第１の変圧器５３の出力および仮想インピーダンス５５の出力に応じてさらなるベクトル信号Ｖａを提供する。第２の変換５３は、減算ユニット５６の出力を受け取り、電力変換器１１に提供される信号を生成する。

【0081】

障害の場合、以下のプロセスのうちの少なくともいくつかが行われる。障害信号ＳＦが障害を示すように障害信号ＳＦが設定されている場合、慣性機能２２によって少なくとも有効電力目標ＰＳｅｔに応じて位相角目標Φを決定するステップは、（例えば、追加的に）以下の
－少なくとも慣性機能２２のパラメータを調整するステップ、および
－少なくとも慣性機能２２の内部信号をフリーズさせるステップ、のいずれかまたは両方を含む（プロセス８１）。

【0082】

調整されている慣性機能２２の少なくともパラメータの例は、慣性コントローラ４２の順方向分岐におけるパラメータＫＨ／Ｓおよびフィードバック分岐におけるパラメータＫｄである。慣性機能２２の少なくとも内部信号の例は、目標周波数ｆ、パラメータＫｄを有するフィードバック分器の出力における信号、または他の内部信号である。

【0083】

一例では、障害を示す障害信号ＳＦが検出された場合、有効電力目標ＰＳｅｔとは無関係に位相角目標Φを決定するステップは、例えば、障害を示す障害信号ＳＦが検出された時点またはその少し前の値で、目標周波数ｆを一定にするステップを含む。

【0084】

障害信号ＳＦが障害を示している（アクティブである）間、スイッチ装置１０４の動作に応じて、以下の動作、すなわち、
－仮想慣性モデルのパラメータを変更または調整することができる、
－仮想慣性モデルの内部の値はフリーズされる、のいずれかまたは両方が行われ、これにより、出力または目標周波数ｆがフリーズされ、したがってＶＳＧがグリッド１３に同期したままであることが保証される。

【0085】

スイッチ装置１０４の第１のスイッチ１０４’が導通状態に設定された場合、障害信号ＳＦは、慣性コントローラ４２の第１の制御入力１０５に提供され、少なくともパラメータを修正するようにトリガする。スイッチ装置１０４の第２のスイッチ１０４’’が導通状態に設定された場合、障害信号ＳＦは、慣性コントローラ４２の第２の制御入力１０６に提供され、少なくとも慣性機能２２の値をフリーズさせるようにトリガする。第１のスイッチ１０４’が導通状態に設定され、第２のスイッチ１０４’’が導通状態に設定された場合、障害信号ＳＦは、慣性コントローラ４２の第１の制御入力１０５に提供され、少なくともパラメータを修正するようにトリガし、障害信号ＳＦは、慣性コントローラ４２の第２の制御入力１０６に提供され、慣性機能２２の少なくとも値をフリーズするようにトリガする。

【0086】

障害信号ＳＦが障害を示すように障害信号ＳＦが設定される場合、ロータ磁束機能２４によって少なくとも無効電力目標Ｅｘｃに応じて出力電圧目標Ｖｄ＊を決定するステップは、以下の
－ロータ磁束機能２４の少なくともパラメータを調整するステップ、および
－少なくともロータ磁束機能２４の信号をフリーズさせるステップ、のいずれかまたは両方を含む（プロセス８２）。信号は、内部信号または出力電圧目標Ｖｄ＊とすることができる。

【0087】

一例では、障害を示す障害信号ＳＦが検出された場合、出力電圧目標Ｖｄ＊は、例えば、障害を示す障害信号が検出された時点またはその少し前の値で一定に保たれる。

【0088】

障害を示す障害信号ＳＦが検出されているかまたはアクティブである間、さらなるスイッチ装置１０９の動作に応じて、以下の動作、すなわち、
－磁束モデルのパラメータを変更または調整することができる、
－磁束モデルの内部の値はフリーズされる、のいずれかまたは両方が行われ、これにより、出力電圧目標Ｖｄ＊がフリーズされ、したがってＶＳＧがグリッド１３に同期したままであることが保証される。

【0089】

さらなるスイッチ装置１０９の第１のスイッチ１０９’が導通状態に設定された場合、障害信号ＳＦは、磁束コントローラ５２の第１の制御入力１１０に提供され、少なくともパラメータを修正するようにトリガする。さらなるスイッチ装置１０９の第２のスイッチ１０９’’が導通状態に設定された場合、障害信号ＳＦは、磁束コントローラ５２の第２の制御入力１１１に提供され、少なくともロータ磁束機能２４の値をフリーズさせるようにトリガする。第１のスイッチ１０９’が導通状態に設定され、第２のスイッチ１０９’’が導通状態に設定された場合、障害信号ＳＦは、磁束コントローラ５２の第１の制御入力１１０に提供され、少なくともパラメータを修正するようにトリガし、障害信号ＳＦは、磁束コントローラ５２の第２の制御入力１１１に提供され、ロータ磁束機能２４の少なくとも値をフリーズするようにトリガする。

【0090】

スイッチ装置１０４およびさらなるスイッチ装置は、スイッチ１０４’、１０４’’、１０９’、１０９’’を実装する論理、ソフトウェア、またはトランジスタを使用して実現することができる。

【0091】

さらに、本方法は、
－障害信号ＳＦが障害を示すように障害信号ＳＦを変更した後、障害がもはや検出されないと決定するステップと、
－障害信号ＳＦが障害なしを示すように障害信号ＳＦを変更するステップと、
－少なくとも１つの保留された機能を初期化するステップと、を含む（プロセス８３）。

【0092】

したがって、周波数調整器機能２１および自動電圧調整器２３のうちの少なくとも一方または両方は、（非フリーズと呼ぶことができる）保留状態からアクティブ化され、初期化される。少なくとも１つのフリーズ機能を初期化するステップは、初期化値メモリ１５および／またはメモリ１６に記憶された少なくとも１つのパラメータの初期化値を少なくとも１つの保留された機能に提供するステップを含む。

【0093】

任意選択的に、障害信号ＳＦが障害がないことを示すように障害信号ＳＦを変更するステップは、障害信号ＳＦを変更する前に、障害がもはや検出されないことを検出した後に所定時間待機するステップを含む。

【0094】

以下は、障害がクリアされたときに発生する動作またはプロセスの例を説明する。障害はもはや検出されない、障害信号ＳＦは、障害がもはや検出されなくなったときまたはその直後に障害がないことを示す（すなわち、障害信号ＳＦが低下する）。

【0095】

１．障害信号ＳＦが低下すると、Ｓ／Ｈメモリ１０２に記憶された有効電力スナップショットは、リセット線１１２上の障害信号ＳＦが低下することによって、周波数コントローラ１１３を初期化するために使用され、これは、周波数コントローラ１１３の立ち下がりエッジトリガによって示される。

【0096】

２．障害信号ＳＦは障害がないことを示す（障害信号ＳＦは現在非アクティブである）ので、周波数コントローラ１１３の動作がアクティブ化され（例えば、非フリーズ）、周波数コントローラ１１３および周波数調整器機能２１が正常に動作することを可能にする。これは、障害がないことを示す障害信号ＳＦをフリーズ制御入力１０３に提供することによって達成される。

【0097】

３．ここでは障害信号ＳＦは障害がないことを示すので、以下の動作の両方が発生する。

【0098】

ａ．仮想慣性モデルを実現する慣性コントローラ４２のパラメータを元の値に戻す。これは、障害がないことを示す障害信号ＳＦを第１の制御入力１０５に提供することから生じる。

【0099】

ｂ．仮想慣性モデルを実現する慣性コントローラ４２の内部の値はフリーズされない。これは、障害がないことを示す障害信号ＳＦを第２の制御入力１０６に提供することによって達成される。

【0100】

４．障害信号ＳＦが低下すると、さらなるＳ／Ｈメモリ１０７に記憶された無効電力スナップショットは、リセット線１１４上の障害信号ＳＦが低められることによって、ＡＶＲ電圧コントローラ１１５を初期化するために使用され、これは、障害信号ＳＦの立ち下がりエッジで行われる。

【0101】

５．ここでは障害信号ＳＦは障害がないことを示すので、ＡＶＲ電圧コントローラ１１５の動作がアクティブ化され（例えば、非フリーズ）、電圧コントローラ１１５およびＡＶＲ機能２３が正常に動作することを可能にする。これは、障害がないことを示す障害信号ＳＦをフリーズ制御入力１０８に提供することから生じる。

【0102】

６．ここでは障害信号ＳＦは障害がないことを示すので、以下の動作の両方が発生する。

【0103】

ａ．磁束モデルのパラメータを元の値に戻す。これは、障害がないことを示す障害信号ＳＦを磁束コントローラ５２の第１の制御入力１１０に提供することによって達成される。

【0104】

ｂ．磁束コントローラ５２の内部の値は非フリーズである。これは、障害がないことを示す障害信号ＳＦを磁束コントローラ５２の第２の制御入力１１１に提供することから生じる。

【0105】

上述の動作１から６が発生した後、変換器装置１０は通常通り動作し続ける。
障害信号ＳＦが低下すると、実無効電力Ｑ＿ａｃｔの初期化値も任意選択的に電圧ドループ機能４７に適用される。実有効電力Ｐ＿ａｃｔの初期化値も、任意選択的に周波数ドループ機能４４に適用される。

【0106】

本開示は、様々な修正および代替形態を受け入れることができるが、その詳細は、例として図面に示され、詳細に説明されている。しかしながら、その意図は、本開示を記載された特定の実施形態に限定することではないことを理解されたい。むしろ、その意図は、添付の特許請求の範囲によって定義される開示の範囲内に入るすべての修正、均等物、および代替形態を網羅することである。

【0107】

上述の図１～図３Ｂに示す実施形態は、改良された変換器装置および制御方法の例示的な実施形態を表す。したがって、それらは、改良された変換器装置および方法によるすべての実施形態の完全なリストを構成するものではない。実際の装置および方法は、例えば、装置、デバイスおよび信号に関して示された実施形態とは異なり得る。

【符号の説明】

【0108】

参照符号
１０ 変換器装置
１１ 電力変換器
１２ 制御装置
１３ グリッド
１４ エネルギー／負荷装置
１５ 初期化値メモリ
１６ メモリ
２１ 周波数調整器機能
２２ 慣性機能
２３ 自動電圧調整器機能
２４ ロータ磁束機能
２５ 変換機能
４０ 減算ユニット
４１ 積分器
４２ 慣性コントローラ
４３、４５ 減算ユニット
４４ 周波数ドループ機能
４６、４８、４９ 減算ユニット
４７ 電圧ドループ機能
５２ 磁束コントローラ
５３、５４ 変換
５５ 仮想インピーダンス
５６ 減算ユニット
７１～８３ プロセス
１０２ サンプルホールドメモリ
１０３ フリーズ制御入力
１０４ スイッチ装置
１０４’、１０４’’ スイッチ
１０５、１０６ 制御入力
１０７ サンプルホールドメモリ
１０８ フリーズ制御入力
１１２ リセット入力
１１３ 周波数コントローラ
１０８ 制御入力
１０９ さらなるスイッチ装置
１０９’、１０９’’ スイッチ
１１０、１１１ 制御入力
１１４ リセット入力
１１５ 電圧コントローラ
ＥＡ ベクトル信号
Ｅｘｃ 無効電力目標
ｆ 目標周波数
Ｆｅｒｒ 周波数制御誤差
ＦＳｅｔ 設定点周波数
Ｆ＿ａｃｔ 実周波数
Ｐｅｒｒ 有効電力誤差
ＰＳｅｔ 有効電力目標
Ｐ＿ａｃｔ 実有効電力
Ｑｅｒｒ 無効電力誤差
Ｑ＿ａｃｔ 実無効電力
ＳＦ 障害信号
Ｖａ さらなるベクトル信号
Ｖｄ＊ 出力電圧目標
Ｖｅｒｒ 電圧制御誤差
ＶＳｅｔ 設定点電圧
Ｖ＿ａｃｔ 実電圧
Φ 位相角目標

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【国際調査報告】